Композиционные материалы. На Земле в расплаве достаточно интенсивно идет процесс сепарации фаз за счет разницы удельных весов основного компонента и наполнителя. Поэтому получить однородный по объему композит трудно даже из заготовки с равномерным исходным распределением частиц, приготовленной методом порошковой металлургии. В невесомости процесс сепарации замедляется в десятки тысяч раз, и можно было ожидать, особенно в ускоренных режимах, существенный положительный эффект.
Действительно, высокой степенью однородности распределения обладали образцы жаропрочного никель-алюминиевого сплава, упроченного карбидом хрома, а также образцы алюминиевого сплава, армированного графитовыми волокнами с покрытием карбидом кремния и молибдена. В то же время образцы композиции медь — графит были резко неоднородны. Выяснилось, что определяющее влияние на устойчивость композитов к разделению оказывает смачиваемость частиц расплавом основного материала.
Обычно смачиваемость поверхности твердого тела характеризуют краевым углом, который образует капля жидкости с поверхностью. Если этот угол меньше 90°, материал считают смачиваемым, если угол больше 90°, то несмачиваемым. Отметим, что для несмачиваемых композиций энергия межфазового натяжения велика. Рассмотрим теперь обратный случай, когда в невесомости частички помещены в жидкости. Здесь несмачиваемая система будет обладать минимумом поверхностной энергии, если все частицы вытеснены на поверхность. В смачиваемой же системе положение частиц в объеме жидкости устойчиво и тоже соответствует минимуму энергии, что и наблюдалось в эксперименте.
Для системы медь — графит краевой угол около 140°. Порошок графита оказался вытесненным на поверхность, тогда как ядро представляло собой слиток чистой беспористой меди. В следующих опытах в медь вводилась 3%-ная добавка хрома. Образующийся на поверхности графита при температуре свыше 1100°С карбид хрома смачивается расплавом (угол 40—45°). Улучшение смачивания на границе раздела фаз заметно повысило однородность распределения графита в образцах.
Сплавы с областью несмешиваемости. Для экспериментов были выбраны образцы систем алюминий — свинец и медь — хром, приготовленные методом порошковой металлургии. Указанные материалы применяют в износостойких подшипниках скольжения в точных приборах и эрозионностойких сильноточных контактах. Переплавка заготовок в невесомости привела к расслоению компонентов даже в ускоренных режимах за время порядка 150—200 с. Как и в случае композиции медь — графит, механизм разделения обусловлен силами поверхностного натяжения на границах между фазами.
Полупроводниковые материалы. Основную часть экспериментов выполняли с образцами германия и кремния, поскольку они наиболее широко используются в промышленности и методика определения их свойств хорошо отработана. Монокристаллические образцы в вакуумированных кварцевых ампулах помещали в тигель, на стенках которого создавался близкий к линейному перепад температур. Расплавлялась только часть образца, оставшаяся часть служила затравкой.
При снижении температуры в тигле происходила направленная кристаллизация расплава. Исследование поверхности слитков, доставленных из космоса, показало, что в процессе роста они контактировали со стенками ампулы лишь в отдельных зонах. Контрольные образцы, приготовленные с помощью аналогичной аппаратуры на Земле, имели полный контакт со стенками, и их структура была поликристаллической. Лучшее казино с идеальными условиями pinup .